Задание

Прочитай текст и выполни задание.

Физические основы термографии человека

Термография — медицинский диагностический метод регистрации теплового излучения различных участков тела человека и определение их температуры в результате «оцифровки» физических параметров данного излучения (создание математической модели). Тепловое излучение относится к инфракрасной области электромагнитного спектра, в которой выделяются несколько диапазонов в зависимости от длины волны (или частоты излучения, или энергии фотонов).

В физической модели теплообмена человека с внешней средой при умеренном климате и отсутствии больших физических нагрузок наибольшая доля теплопотерь — около 50 % — приходится на излучение. И только приблизительно 30 % и 20 % теплопотерь — на испарение с поверхности кожи, лёгких и конвекцию соответственно. Теплопроводность не оказывает значительного влияния на математическую оценку теплопотерь человека по причине малой теплопроводности воздуха.

Исторически исследование теплового излучения и выявление его закономерностей были проведены для физической модели — абсолютно чёрного тела (физический объект, который поглощает всё падающее на него излучение независимо от температуры). Первый закон, закон Стефана — Больцмана, постулирует, что мощность излучения P, испускаемого с S=1 м² нагретой поверхности, пропорциональна термодинамической температуре в четвёртой степени, т. е. R=σT4, где R=SP​ — энергетическая светимость, σ≈5,67⋅10−8 м2⋅K4Вт​ — постоянная Стефана — Больцмана и T — термодинамическая температура, которая измеряется по шкале Кельвина (единица измерения [T]=1 K) и связана с температурой t, измеряемой по шкале Цельсия, соотношением T=t+273. Второй закон — закон Вина (λm​=Tb​, где b≈0,29⋅10−2 м ⋅ K — постоянная Вина) — устанавливает функциональную связь между термодинамической температурой T и длиной волны излучения λm​ (или частотой излучения νm​), которой соответствует максимальное значение энергетической светимости в узком диапазоне длин волн (или частот).

Для применения первого закона теплового излучения к процессу теплового излучения человека вводится приведённый коэффициент излучения δ=α⋅σ, который учитывает поправку на частичное поглощение излучения кожей человека, его одеждой (α — коэффициент поглощения). В таблице приведены значения данных коэффициентов.

Объект

α

δ, 10−8 м2⋅K4Вт​

Ткань (хлопок)

0,73

4,2

Ткань (шёлк, шерсть)

0,76

4,3

Кожа человека

0,90

5,1

Ткань (чёрное сукно)

0,99

5,6

Термографический метод диагностики заболеваний выявил у человека различия температур здоровых и больных органов. Где находятся больные органы человека? Ответ поясни.

Выполни задание в тетради, сфотографируй его и загрузи файл для проверки.

Максимальный размер файла: 5 МБ